Терминът „ДНК“ веднага напомня за двойно-верижната спирала, която съдържа цялата ни генетична информация. Но отделните единици на неговите две нишки са двойки молекули, свързани една с друга по селективен, допълващ се начин. Оказва се, че човек може да се възползва от това свойство на сдвояване, за да извършва сложни математически изчисления и това формира основата на ДНК изчисленията.
Тъй като ДНК има само две вериги, извършването дори на просто изчисление изисква множество химични реакции, като се използват различни набори от ДНК. В повечето съществуващи изследвания ДНК за всяка реакция се добавя ръчно, една по една, в една единствена реакционна епруветка, което прави процеса много тромав. Микрофлуидните чипове, които се състоят от тесни канали, гравирани върху материал като пластмаса, предлагат начин за автоматизиране на процеса. Но въпреки обещанието им, използването на микрофлуидни чипове за изчисления на ДНК остава недостатъчно проучено.
В скорошна статия – достъпна онлайн в ACS Nano на 7 юли 2021 г. и публикувана в том 15, брой 7 на списанието на 27 юли 2021 г. – екип от учени от Националния университет Инчеон (INU), Корея, представи програмируем микрофлуиден чип, базиран на ДНК, който може да се управлява от персонален компютър за извършване на ДНК изчисления. „Надяваме се, че базираните на ДНК процесори ще заменят електронните процесори в бъдеще, защото консумират по-малко енергия, което ще помогне при глобалното затопляне. Базираните на ДНК процесори също така предоставят платформа за сложни изчисления като решения за дълбоко обучение и математическо моделиране“, казва Д-р Youngjun Song от INU, който ръководи проучването.
д-р Сонг и екипът използваха 3D печат, за да произведат своя микрофлуиден чип, който може да изпълнява булева логика, една от основните логики на компютърното програмиране. Булевата логика е тип логика вярно или невярно, която сравнява входове и връща стойност „вярно“ или „невярно“ в зависимост от типа на използваната операция или „логическа врата“. Логическата врата в този експеримент се състоеше от едноверижен ДНК шаблон. След това като входове се използват различни едноверижни ДНК. Ако част от входна ДНК има комплементарна последователност на Watson-Crick към шаблонната ДНК, тя се сдвоява, за да образува двойноверижна ДНК. Резултатът се счита за верен или неверен въз основа на размера на крайната ДНК.
Това, което прави проектирания чип необикновен, е двигателно управлявана клапанна система, която може да се управлява с помощта на компютър или смартфон. Чипът и софтуерната настройка заедно образуват микрофлуиден процесор (MPU). Благодарение на клапанната система, MPU може да изпълнява серия от реакции, за да изпълни комбинация от логически операции по бърз и удобен начин.
Тази уникална система от клапани на програмируемия базиран на ДНК MPU проправя пътя за по-сложни каскади от реакции, които могат да кодират разширени функции. „Бъдещите изследвания ще се фокусират върху цялостно ДНК изчислително решение с ДНК алгоритми и системи за съхранение на ДНК“, казва д-р Сонг.
